2. Техническаяработакомпрессораирасширительной машины

Многиевидыхолодильныхмашиниспользуютсжатиегазавкомпрес-соре–техническомустройстве(машине)дляповышениядавлениягаза.Реаль-ныйрабочийциклкомпрессорадляизученияитермодинамическогоанализаобычнозаменяюттеоретическоймоделью,котораяотражает основныесвойствареальныхпроцессов.Однойизтакихмоделейявляетсяадиабатныйкомпрессор,вкоторомотсутствуеттеплообменмеждугазомистенкамикомпрессора,атакжеотсутствуютпротечкигаза,тоестьегомиграциянеопределенаоснов-нымрабочимциклом.Схематакогокомпрессора(рис.1.10а).

Компрессорсостоитизцилиндра1,внутрикоторогопоршень2совер-шаетвозвратно-поступательноедвижение.Кцилиндруподведенынагнетатель-ный3ивсасывающий4трубопроводы,отделенныеотобъемацилиндраVнагнетательным5ивсасывающим6клапанами.Давлениявтрубопроводах-постоянныевеличины.

1. _{1 2 б)}

3 5

р

3 ^{рн 2}

^рн _V dp

^рвс

4 6 ₄

^рвс

a

1

dυ

б в _υ

Рис1.10. Схемаицикл работыадиабатногокомпрессора.

Рассмотримпроцессырабочегоциклаадиабатногокомпрессоравр–υ

диаграмме(рис.1.10б).

1-2–процессадиабатногосжатиягазавкомпрессоре.Поршеньдвижетсяизкрайнегоправогоположениявлево.Нагнетательныйивсасывающийклапанызакрыты.

2-3–процесснагнетания.Газвыталкиваетсяприоткрытомнагнетательномклапанеизцилиндравнагнетательнуюлиниюприпостоянномдавлениинагне-

танияр_н(р_н=р₂₌const).Поршеньдвижетсявлевододостижениякрайнеголе-вогоположения.

1. –процессвсасывания–поступлениегазаизвсасывающейлиниивцилиндрприоткрытомвсасывающемклапанеипостоянномдавлениивсасыванияр_вс(р_вс=р₁₌const).Поршеньдвижетсяизкрайнеголевогоположениявкрайнееправое.

Другойтеоретическоймодельюявляетсяизотермическийкомпрессор.Этамодельслужитдлякомпрессоров,вкоторыхсжимаемыйгазвпроцессесжатияохлаждаетсязасчетвнешнегоисточника.Например,засчетпротокаохлаждающейводычерезводяныеполостиокружающиецилиндр(такназыва-емую рубашкуцилиндра).

Всхемаххолодильныхмашинизотермическимкомпрессоромчастоусловнозаменяютадиабатныйкомпрессориследующийзанимтеплообмен-ныйаппарат,вкоторомпроисходитохлаждениесжатогогазадотемпературы,которуюонимелнавходевкомпрессор.

Схемаизотермическогокомпрессорапредставленанарисунке1.11.Вкомпрессорепротекаюттежепроцессы,чтоивпредыдущемслучае.Отличием

являетсято,чтовсепроцессыявляютсяизотермическими.

1. q_Т

б) _р

3

l_Т

4

^рн 2

^рвс

Т =const

1

^qТ a

б в _υ

Рис1.11. Схемаицикл работыизотермическогокомпрессора.

Вр–υдиаграммеплощадь(пл)подлиниейпроцессахарактеризуетве-личинуработы.Поэтомуработа,совершеннаяпривыполненииданныхпроцес-сов,можетбыть определена

l_сж~плб21в=

2

p d;

1

lн~

^lвс^~

пла32б

пла41в

p_22;

^p11_.

Знакиприопределенииработыпроцессовпринятысучетомтого,чтоприсжатииинагнетанииработасовершаетсянадгазом,апривсасываниира-ботапоперемещению поршнясовершаетсясамимгазом,входящимвцилиндр.

Техническаяработакомпрессораявляетсясуммойработвсехпроцессоврабочегоцикла

^lт ^lсж

l_н l_вс.

Графическимобразомтехническойработывр–υдиаграммеявляетсяплощадкапл1234,чтовытекаетизсуммированияплощадейвсехпроцессов.Сдругойстороны,этаплощадь можетбыть определена

р₂

_lт dp.

р₁

Техническаяработакомпрессораможетбытьопределенатакжеизурав-

ненияпервогозаконатермодинамики(4)

dl_m

dp di-dq

di-T

ds.

l_т (i_н

i_вс)

Т(s_н

s_вс).

(24)

Посколькудляадиабатногокомпрессоравсепроцессыидутбезтепло-обменагазасокружающейсредой,величинаdq= 0. Следовательно,

^dlт.ад

^lт.ад

dp

i_н i_вс.

di.

(25)

То,чтотехническаяработаадиабатногокомпрессораопределяетсяраз-ностьюэнтальпий,являетсяещеоднимобстоятельством,делающимэнталь-пийныедиаграммыудобнымиипопулярнымидлярасчетоввхолодильнойтех-нике.

делена

Техническаяработаадиабатногокомпрессораможетбытьтакжеопре-

1

^lm.aд

k 1^p1

k _p

1 ^p2

p

2 ^p2 2 ^p1 1

^kRT T;

k 1

1

l ^k p

1 1 2

k1

2

p k

2 _{k 1} 1 2

k 1

2

k _RT ^p k

(26)

т.ад

k 1^{1 11} p

k 1 ¹¹ p1 ^.

Дляизотермическогокомпрессораизотермическийпроцесссжатияха-

рактеризуетсясоотношениемр₁υ₁=р₂υ₂,аследовательно

Тогдапринимаявовниманиеформулу(14),

l_н l_вс.

^lт ^lсж ^qT

RT₁

ln^υ1

RT₁

ln^р2.

(27)

υ₂ р₁

Расширительныемашины,называемыедетандерами,поконструкции

схожискомпрессорнымимашинами,нослужатдлярасширениягаза.Процес-сы,происходящиевних:впуск,расширениеивыпуск-имеютпротивополож-ныйхарактерпоотношениюксоответствующимпроцессамкомпрессорноймашины.Вдетандерахтехническаяработасовершаетсягазом,отводитсяввидемеханическойэнергиииможетбытьрассчитанапотемжеформулам,чтоидлякомпрессорныхмашин,ноимеетприэтомпротивоположныйзнак.